Zu den Edelmetallen in Halbleitern zählen Platingruppenmetalle wie Iridium, Rhodium und Ruthenium. Obwohl sie in Chips nur in geringen Mengen verwendet werden, ist ihr Wert den von Gold bei weitem übersteigt. Bis 2025 wird TSMCs 3-nm-Prozess dreimal mehr Iridium-basierte Reflektorkomponenten verwenden als sein 5-nm-Prozess, wobei für einen einzelnen Chip bis zu 0,8 Gramm Iridiumpulver verbraucht werden. Diese Edelmetalle in Halbleitern sind in Abfallmaterialien in erheblichen Mengen vorhanden. DONGSHENG Precious Metals Recycling hat die Rückgewinnungsraten durch Biolaugung und Plasmaschmelztechnologien von 80 % auf 99,5 % erhöht. Pro Million 7-nm-Chips fallen etwa 1,2 Tonnen iridiumhaltiger Zielmaterialabfall an, was eine stabile Rohstoffquelle für Unternehmen darstellt , die Leiterplatten recyceln .
Die Halbleiterindustrie ist auf zahlreiche Edelmetalle angewiesen, von denen jedes über einzigartige Eigenschaften verfügt. Iridium wird häufig in der Herstellung hochwertiger Chips verwendet, insbesondere als Bestandteil von Reflektorspiegeln und hochtemperaturbeständigen Beschichtungen. Rhodium wird hauptsächlich in Elektroden und katalytischen Materialien eingesetzt, wobei sich der LME- Rhodiumpreis bei etwa 18.000 USD pro Unze stabilisiert hat. Ruthenium , das sich als Alternative zu Kupferverbindungen etabliert hat, zeigt in fortschrittlichen Prozessen eine außergewöhnliche Leistung. Seine Verwendung macht die Entwicklung einer Barriereschicht überflüssig und reduziert die Herstellungsschritte um 15 %. Der Verbrauch von Molybdän in Halbleitern steigt rapide an; es wird im Design von Wortleitungen und in Kontaktstrukturen eingesetzt. Es ermöglicht eine Reduzierung des Wortleitungsabstands von 65 Nanometern auf unter 60 Nanometer, wodurch die Speicherzellenfläche um 18 % schrumpft. Obwohl diese Edelmetalle in Halbleitern nur in geringen Mengen verwendet werden, sind sie entscheidende Materialien für die Leistungsfähigkeit der Chips.
Auf dem internationalen Markt zeigen die Rückgewinnungspreise für Edelmetalle in Halbleitern ein deutliches Gefälle. Die Rückgewinnungspreise für Halbleiter-Targetmaterialschrott (Reinheit ≥ 99,99 %) erreichen 28–35 USD/g, was 80 % des Goldpreises entspricht . Katalysatorschrott bringt abzüglich der Reinigungskosten etwa 21–28 USD/g ein. Elektroschrott wie Filter von 5G-Basisstationen (mit 0,5 g Iridium pro Einheit) kostet 17–25 USD/g. Die regionalen Märkte weisen erhebliche Unterschiede auf. Die CO2-Steuer der EU treibt die Exportpreise für iridiumhaltigen Schrott in die Höhe und schafft so eine Verflechtung zwischen den nationalen und internationalen Märkten. Technologisch fortschrittliche Unternehmen, die Biolaugungsverfahren anwenden, senken ihren Energieverbrauch um 70 % und erzielen einen zusätzlichen Aufpreis von etwa 4,2 USD/g.
(Diese Recyclingpreise dienen nur als Referenz.)
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Rutheniumtargets finden in der Halbleiterbranche zunehmend Anwendung. Forschungsergebnisse belegen, dass Ruthenium als neuartige Metallisierungslösung erhebliche Vorteile bietet: Es weist einen um 40 % geringeren spezifischen Widerstand als Wolfram auf und macht die Entwicklung einer Sperrschicht überflüssig. Die von Lam Research entwickelte zyklische Abscheidungstechnologie ermöglicht eine präzise Korngrößenkontrolle. Grobkörnige Molybdänfilme übertreffen Wolfram, Ruthenium und sogar Kupfer bei Dicken unter etwa 7 Nanometern. Das Team von Kioxia entdeckte, dass der Einsatz von Ruthenium-Wortleitungen die Bitdichte von Chips um 16,3 % erhöhte und gleichzeitig die dielektrische Erosion um 92 % reduzierte. DRAM-Tests zeigen, dass Ruthenium-Elektrodendesigns die Datenspeicherzeit um 47 % verlängern. Die in diesen Halbleitern verwendeten Edelmetallkomponenten verursachen zwar höhere Anschaffungskosten, bieten Chipherstellern aber langfristig Vorteile durch verbesserte Ausbeute und Produktleistung. Statistiken zur Chipherstellung zeigen, dass die plasmaunterstützte Abscheidung die Dichte der Rutheniumfilme auf 99,2 % erhöhen und Korngrenzendefekte um 43 % reduzieren kann.
Obwohl Edelmetalle nur einen kleinen Teil der Chipkosten ausmachen, sind sie unverzichtbare Rohstoffe für Halbleiter. Von Ruthenium-Targets bis hin zu Iridium-Spiegeln bestimmen diese Edelmetalle die Leistungsgrenzen von Chips. Da die Prozessknoten immer kleiner werden, wird der Wert dieser Materialien stetig steigen, was die Rückgewinnung von Edelmetallen aus Halbleitern zu einem hochprofitablen Geschäft macht.
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